13、微系统检测中的散斑计量技术

微系统检测中的散斑计量技术

在光学检测领域，散斑计量技术凭借其独特的优势，在微系统检测中发挥着重要作用。本文将深入探讨散斑计量技术的基本原理、信号提取方法以及在微系统检测中的具体应用。

1. 引言

当用相干光照射粗糙表面时，会出现散斑现象，这些散斑以高对比度的噪声图案覆盖物体图像。自20世纪60年代激光应用以来，散斑效应逐渐受到光学工程科学家的关注。研究发现，散斑图案不仅是影响图像质量的噪声，还携带了散射物体本身的信息。随着计算机技术、CCD技术和固态激光源的发展，散斑计量技术从实验室走向了工厂车间。近年来，微机电系统（MEMS）的出现带来了新的测量需求，散斑计量技术也需要进行相应的改进和适应，以满足微观世界的检测需求。

2. 基本原理

2.1 成像系统中散斑的特性

在MEMS技术中，由于被检测物体尺寸小，需要进行微观成像。为了理解散斑的产生过程，做出以下假设：
1. 使用单色光源。
2. 表面粗糙度等于或超过光的波长。
3. 表面反射不改变偏振。
4. 物体由成像系统无法分辨的小散射体组成。

在平面波照射下，每个散射体对成像透镜收集的光引入不同的相移。由于透镜孔径有限，单个散射体成像为小的衍射图案，即艾里斑。艾里斑的大小 $\sigma$ 约为：
$\sigma \cong \frac{2\lambda z}{D}$
其中，$\lambda$ 是光的波长，$z$ 是透镜孔径与像平面之间的距离。相邻散射体的衍射盘重叠，导致光的干涉，图像点的强度 $I$ 是所有贡献艾里斑相干叠加的结果：
$I = |\sum_{i} A_{i} e^{i\phi